C++ 之多態總結
前言
最近為了完成資料庫系統的實驗，又複習起了《C++ Primer》，上一次看這本巨著也是大二下的六月份，那時看面向對象程式編程這一章還雲里霧裡的，沒有領會多態的奧妙，學完 Java 之後回頭再看這一章發現對多態有了更好的理解。好記性不如爛筆頭，本篇部落格將會對 C++ 的多態機製做一個不太詳細的總結，希望下一次不需要從頭再看一遍《C++ Primer》了 _(:з」∠)_。
多態
多態離不開繼承，首先來定義一個基類 Animal，裡面有一個虛函數 speak()：
class Animal {
public:
Animal() = default;
Animal(string name) : m_name(name) {}
virtual ~Animal() = default;
virtual void speak() const { cout << "Animal speak" << endl; }
string name() const { return m_name; }
private:
string m_name;
};
接著定義子類 Dog，並重寫虛函數，由於構造函數無法繼承，所以使用 using 來 「繼承」 父類的構造函數。和父類相比，Dog 還多了一個 bark() 方法。
class Dog : public Animal {
public:
using Animal::Animal;
// 可加上 override 聲明要重寫虛函數，函數簽名必須和基類相同（除非返回類自身的指針或引用）
void speak() const override { cout << "Dog bark" << endl; }
void bark() const { cout << "lololo" << endl; }
};
向上轉型
我們在堆上創建一個 Dog 對象，並將地址賦給一個 Animal 類型的指針。由於指針指向的是個 Dog 對象，調用 speak() 方法時，實際上調用的是底層狗狗重寫之後的 speak() 方法，而不是基類 Animal 的 speak()。也就是說編譯時不會直接確定要調用的是哪個 speak() ，要在運行時綁定。
Animal* pa = new Dog("二哈");
pa->speak(); // 調用的是 Dog::speak
pa->Animal::speak(); // 強制調用基類的 speak
利用運行時綁定這一特點，我們將基類的析構函數定義為虛函數，這樣子類對象在析構的時候就能調用自己的虛函數了。
雖然 pa 指向的是一個 Dog 對象，但是不能使用 bark() 方法。因為 pa 是一個 Animal 類型的指針，在編譯時編譯器會跳過 Dog 而直接在 Animal 的作用域中尋找 bark 成員，結果發現並不存在此成員而報錯。
要實現向上轉型不止能用指針，引用同樣可以實現。但是如果寫成以下這種形式，實質上是調用了拷貝構造函數，會用 Dog 的基類部分來初始化 Animal 對象，和向上轉型沒有任何關係，之後調用的就是底層 Animal 對象的 speak() 方法：
Dog dog("二哈");
Animal animal = dog;
animal.speak(); // 調用的是 Animal::speak
向下轉型
要想調用底層 Dog 對象的 bark() 方法，我們需要將 pa 強轉為 Dog 類型的指針。一種方法是使用 static_cast 進行靜態轉換，另一種這是使用 dynamic_cast 進行運行時轉換。相比於前者，dynamic_cast<type *> 轉換失敗的時候會返回空指針，而 dynamic_cast<type &> 則會報 bad_cast 錯誤，因此更加安全。
Dog* pd_ = static_cast<Dog *>(pa);
pd_->bark();
if (Dog* pd = dynamic_cast<Dog*>(pa)) {
pd->bark();
} else {
cout << "轉換失敗" << endl;
}
作用域
子類的作用域是嵌套在父類裡面的，在子類的對象上查找一個成員時，會現在子類中查找，如果沒找到才回去父類中尋找。由於作用域的嵌套，會導致子類隱藏掉父類中的同名成員。比如下述程式碼：
class Animal {
public:
virtual void speak() const
{
cout << "Animal speak" << endl;
}
};
class Dog : public Animal {
public:
// void speak() const override { cout << "Dog speak" << endl; }
void speak(string word) const
{
cout << "Dog bark: " + word << endl;
}
};
int main(int argc, char const* argv[])
{
Animal* pa = new Dog();
Dog* pd = new Dog();
// pd->speak(); 報錯
pd->speak("666"); // Dog::speak 隱藏了 Animal::speak
return 0;
}
我們在父類中定義了一個虛函數 void speak()，子類中沒有重寫它，而是定義了另一個同名但是參數不同的函數 void speak(string word)。這時候子類中的同名函數會隱藏掉父類的虛函數，如果寫成 pd->speak()，編譯器會先在子類作用域中尋找名字為 speak 的成員，由於存在 speak(string word)，它就不會接著去父類中尋找了，接著進行類型檢查，發現參數列表對不上，會直接報錯。如果用了 VSCode 的 C/C++ 插件，可以看到參數列表確實只有一個，沒有提示有重載的同名函數。
要想通過調用基類的 speak() 方法，有兩種方法：
- 向上轉型，使用基類的指針
pa來調用pa->speak()，由於子類沒有重寫虛函數，所以在動態綁定時會調用父類的虛函數； - 使用作用域符強制調用父類的虛函數：
pd->Animal::speak()
《C++ Primer》對名字查找做了一個非常好的總結：
總結
在 《C++ Primer》中對於上述內容有更加詳細的講解，這裡不過是拾其牙慧罷了。看了這一章之後最大的感受就是：
你看 100 遍她的影片，她不是你的，你看 100 遍 《C++ Primer》，知識就是你的
以上~~
